Физиология бактерий

Физиология изучает  жизненные функции организмов: питание, дыхание, рост и размножение. В основе физиологических функций лежит  непрерывный обмен веществ —  метаболизм.

 

Рост бактерий

 

Рост бактерий – увеличение бактериальной клетки в размерах без увеличения числа особей в популяции. Рост всегда предшествует размножению.

 

 

Размножение бактерий

 

Размножение бактерий –  процесс, обеспечивающий увеличение числа  особей в популяции. Бактерии характеризуются  высокой скоростью размножения.

 

Некоторые бактерии не имеют полового процесса и размножаются лишь равновеликим бинарным поперечным делением  (почкованием), при котором из одной материнской клетки образуются две одинаковые дочерние.  При делении большинство грамположительных бактерий и нитчатых цианобактерий синтезируют поперечную перегородку от периферии к центру при участии мезосом.  Грамотрицательные бактерии делятся путём перетяжки: на месте деления обнаруживается постепенно увеличивающееся искривление ЦПМ и клеточной стенки внутрь. При почковании на одном из полюсов материнской клетки формируется и растёт почка, материнская клетка проявляет признаки старения и обычно не может дать более 4 дочерних.

Почкование имеется  у разных групп бактерий и, предположительно, возникало несколько раз в  процессе эволюции.

 

У бактерий наблюдается и половое размножение, но в самой примитивной форме. Половое размножение бактерий отличается от полового размножения эукариот тем, что у бактерий не образуются гаметы и не происходит слияния клеток. Однако  обмен генетическим материалом происходит и в этом случае. Этот процесс называется генетической рекомбинацией. Часть ДНК (очень редко вся ДНК) клетки-донора переносится в клетку-реципиент, ДНК которой генетически отличается от ДНК донора. При этом перенесённая ДНК замещает часть ДНК реципиента. В процессе замещения ДНК участвуют ферменты, расщепляющие и вновь соединяющие цепи ДНК. При этом образуется ДНК, которая содержит гены обеих родительских клеток. Такую ДНК называют рекомбинантной. У потомства (рекомбинантов) наблюдается заметное разнообразие признаков, вызванное смещением генов. Такое разнообразие признаков очень важно для эволюции и является главным преимуществом полового размножения. Известны 3 способа получения рекомбинантов: трансформация, конъюгация и трансдукция.

 

На плотных питательных средах бактерии образуют скопления клеток, называемые колониями. На жидких средах рост бактерий характеризуется образованием пленки на поверхности, равномерного помутнения либо осадка.

 

 

 

Питание бактерий

 

Под питанием понимают процессы поступления и выведения питательных веществ в клетку и из клетки. Питание в первую очередь обеспечивает рост, развитие и метаболизм клетки.

 

Среди необходимых питательных  веществ выделяют органогены: углерод, кислород, водород, азот, фосфор, калий, магний, кальций. И микроэлементы: цинк, марганец, молибден, кобальт, медь, никель, вольфрам, натрий, хлор. 

 

Разнообразие условий  существования обусловливает различные  типы питания.

В зависимости от источника  получения углерода бактерии делят на:

 

1) аутотрофы (способны синтезировать сложные органические вещества из простых  неорганических соединений – СО₂);

2) гетеротрофы (нуждаются  в готовых органических соединениях);

3) метатрофы (используют  органические вещества неживой  природы);

4) паратрофы (используют  органические вещества живой природы).

 

Процессы питания должны обеспечивать энергетические потребности  бактериальной клетки.

По источникам энергии микроорганизмы делят на:

 

1) фототрофы (способны  использовать солнечную энергию);

2) хемотрофы (получают  энергию за счет окислительно-восстановительных реакций);

3) хемолитотрофы (используют  неорганические соединения);

4) хемоорганотрофы (используют  органические вещества).

 

Факторами роста бактерий являются витамины, аминокислоты, пуриновые  и пиримидиновые основания, присутствие которых ускоряет рост.

 

 

Дыхание бактерий

 

Дыхание (или биологическое  окисление) основано на окислительно-восстановительных  реакциях, идущих с образованием молекулы АТФ.

 

По типу дыхания бактерии можно разделить на три основные группы:

1) облигатные аэробы – могут расти только при наличии кислорода (микобактерии туберкулёза и др.);

2) облигатные анаэробы  – растут на среде без кислорода,  который для них токсичен (клостридии  столбняка, ботулизма и т.д.);

3) факультативные анаэробы  – могут расти как при кислороде, так и без него (большинство патогенных, а также сапрофитных бактерий).

 

 

 

 

Ферменты бактерий

 

Важную роль в обмене веществ микроорганизмов играют ферменты — они являются биологическими катализаторами.

Различают:

1) эндоферменты – локализуются в цитоплазме клеток, участвуют в реакциях обмена веществ, происходящих внутри клетки;

2) экзоферменты – выделяются  в окружающую среду, расщепляют  макромолекулы питательных веществ  до более простых соединений, которые могут быть усвоены  бактериальной клеткой.

 

Многие патогенные бактерии вырабатывают ферменты агрессии,  разрушающие ткань и клетки, обусловливая широкое распространение микробов и их токсинов в инфицированной ткани.